煤矿回采工作面智能地质保障技术进展与思考

煤矿地质保障技术是实现煤炭精准开采和绿色采矿的关键路径,针对智能开采需求和地质保障要求,分析了回采工作面地质保障主要面临的难题,包括基础理论研究薄弱、地质探测精度不足、建模精度无法满足工程应用、模型动态更新困难、缺乏基于时空演变的智能回采全局路径最优决策手段等。根据面临的难题和技术现状,对陕西延安黄陵一矿和陕西神木榆家梁煤矿智能开采地质保障技术进行了探索实践。黄陵一矿以810综采工作面智能开采为目标,采用综合探测、数据融合等技术,构建工作面静态地质模型,利用地质雷达、惯性导航技术,动态修正工作面地质模型,通过对“透明工作面”高精度地质模型“CT切片”,获取采煤机关键截割曲线,与回采工艺、装备形成耦合协同、联动控制模式,实现基于三维空间感知和智能数据分析的规划截割,推动黄陵一矿810综采工作面实现智能无人化开采。榆家梁煤矿提出构建基于时空数据模型的智能自主割煤工作面无人化开采模式,融合多源异构地质数据建立智能开采工作面多属性地质数据库,构建基于绝对坐标的43101工作面高精度时空地质模型,并基于时态地理信息系统平台(4DGIS)进行三维地质模型可视化,实现地质模型的任意剖切,结合随采地质...     

基于多源卫星数据融合的油气管道区域三维变形监测

中国油气资源丰富,目前已形成越来越多的区域性和跨区域的油气管网,管线穿越的地形地貌和地质构造复杂,沿线的地表形变影响着油气管道的安全。InSAR技术以其全天时、全天候、高精度、宽覆盖的特点,被广泛应用于地表形变监测。该方法基于In SAR监测结果,提出BPSTSIM(Based-PS Time-Space Interpolation Method)三维形变监测方法,通过融合多源卫星数据,获取油气管道区域的地表形变三维位移。该方法利用多源SAR卫星数据获取高相干性的PS(Permanent Scatterer)点位移,对PS点进行时间插值,获得更细时间粒度的PS点位移,然后对油气管道通过区域网格化,基于PS点进一步插值出所有网格点的形变并转换到三维方向,从而在时间维度和空间维度监测油气管道区域的三维位移状态。最后,利用实例卫星数据,计算了管道区域8个月的变形数据,并实现了数据的可视化,形变特征与野外调查吻合,验证该方法的有效性。该方法实现了不同SAR卫星监测数据的有效融合,完成了数据在时间维度和空间维度的补充和加密,提高了In SAR测量对三维形变的感知能力。     

中国铝物质流历史变化分析和再生铝资源利用研究

本文采用物质流分析(Material Flow Analysis, MFA)的方法, 构建了铝全生命周期动态物质流分析框架, 自上而下的追踪了1949—2021年中国铝的流量、存量和供需情况。结果表明: 1)1949—2021年中国铝土矿铝物质累计流入量5.86亿t, 国内开采与进口各占一半左右。实际铝物质累计消费量3.74亿t。生命周期内铝损失严重, 铝物质损失量2.39亿t。2)2021年人均铝物质社会存量208.9 kg/人, 与同经济发展时期的北美、日本基本一致。3)1990年以来中国再生铝产量快速增长, 累计0.77亿t, 以国内生产为主, 占比76.7%。随着含铝产品到达寿命及未来铝需求量的持续走高, 将迎来含铝产品的报废时代。建议从全生命周期的角度出发, 减少铝在各个环节的损失量; 合理布局再生铝产业, 提高再生铝的利用, 优化铝供应结构, 促进铝工业低碳转型, 支撑“双碳”目标的实现。     

海河流域大清河平原区地下水化学特征及演化规律分析

地下水超采引发大清河流域范围内一系列生态环境负效应,地下水与地表水关系密切,厘清大清河流域平原区地下水化学特征及演化规律,对大清河流域水资源合理开发利用具有重要意义,然而目前尚缺乏对大清河流域地下水化学特征特别是其历史以来的演变规律作系统的分析。本文以海河流域大清河平原区地下含水系统为例,采集浅层含水层组47个水样和深层含水层组32个水样,测试了主要阴离子(Cl^-、SO■、NO^-₃)和阳离子(K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺)等指标,利用水化学类型、吉布斯模型、离子比值关系等方法,研究其水化学特征及演化规律。测试结果显示：浅层含水层组受到气象和人为因素影响较大,浅层和深层含水层组pH值(7.35～8.92)差异不大,偏碱性;浅层含水层组由于农业活动等影响,造成局部地区的硝酸盐和硫酸盐污染。水岩相互作用分析显示：硅酸盐矿物风化是研究区主要的矿物来源,硅酸盐矿物溶解、阳离子交换为主要的水化学作用。研究区浅层地下水水化学特征总体上受地形和水...     

辫状河三角洲沉积特征与生长演变规律——水槽沉积模拟实验研究

辫状河三角洲是一类常见的沉积体系,也是一类常见的油气储层,其沉积特征、沉积演化过程及内部结构一直受到沉积学研究的关注。为明确辫状河三角洲沉积特征、演化过程及生长演变规律,笔者等通过水槽实验模拟辫状河三角洲在平缓的水下底形上逐步发育的过程,并采用三维激光扫描仪、延时拍照等手段进行精准的沉积地貌监测和定量沉积学分析。研究表明：① 辫状河三角洲沉积演化过程中,三角洲的规模、水流分散样式、沉积体表面地貌特征及沉积物分布样式存在阶段性差异,可据此将实验辫状河三角洲的演化分为3个阶段。② 在最初阶段,辫状河携带沉积物直接入“湖”堆积并形成朵状河口坝,入“湖”水流无明显的水道化特征,随着朵状河口坝逐渐堆积露出水面,三角洲平原初步形成,平原上河道开始分流并导致后续河口坝转变为连续的弧形坝分布于先期沉积体周缘,这一阶段三角洲平均半径快速增加;进入第二阶段后,三角洲平均半径增速减缓,供给河道进入三角洲平原后形成1~2条主干分流河道与多条次级分流河道,并在主干河道河口区形成弧形的前缘朵体;到第三阶段,三角洲平原面积已经较大,其平均半径增速进一步降低,平原上分流河道的分叉性更强、宽度更小,不同分流河道规模接近并可同时将沉积物输送到三角洲前缘多个部位发生沉积,在同一时期形成多个孤立的小规模的前缘朵体。③ 在整个沉积演化过程中,伴随着三角洲规模的逐渐增大,分流河道的宽度逐步减小、流程变长、分流河道数量逐步增加,三角洲前缘沉积由少量弧形的连续分布朵体转变为多个孤立分布的小规模朵体。④ 在第二、三阶段,分流河道表现为多个侵蚀—回填的自旋回演化过程,形成了多套自旋回沉积复合体。⑤ 辫状河三角洲前积层存在自下而上、由近向远表现为沉积连续性逐步减小、叠切规律逐渐复杂的特性。通过水槽实验揭示辫状河三角洲沉积演化过程及内部结构,可为露头解剖与地下储层研究提供参考。     

复杂性科学在页岩油气勘探和研究中的应用

复杂性科学是当今世界科学重要的前沿领域之一。为了促进复杂性科学的基本理论和方法在页岩油气勘探和研究领域的广泛应用,笔者等重点围绕地质系统复杂性的基本内涵,从地质系统构成单元的多重耦合和相互作用、地质作用的复杂时空结构、地质作用过程中的自组织临界过程动力学以及矿产资源形成在混沌边缘等方面,介绍了地质系统复杂性研究的基本理论和研究方法。将上述地质系统复杂性理论运用于页岩油气系统,探讨了利用复杂系统的总体特征通过局域组成单元相互作用的“涌现”机制,来解决目前页岩储层中存在的如何利用微观局域精细表征进行客观刻画宏观储层特征问题;分析了利用地质作用的时空结构理论,建立页岩储层非均质性的静态和分形时空结构的方法;在整体论思想指导下,根据地质系统在混沌边缘分形生长这一规律,探讨了页岩油气在自组织临界态的混沌边缘富集预测方法。复杂性科学的理论和方法,必将在页岩油气的勘探研究中发挥越来越重要的作用。     

辫状河三角洲沉积特征与生长演变规律——水槽沉积模拟实验研究

辫状河三角洲是一类常见的沉积体系,也是一类常见的油气储层,其沉积特征、沉积演化过程及内部结构一直受到沉积学研究的关注。为明确辫状河三角洲沉积特征、演化过程及生长演变规律,笔者等通过水槽实验模拟辫状河三角洲在平缓的水下底形上逐步发育的过程,并采用三维激光扫描仪、延时拍照等手段进行精准的沉积地貌监测和定量沉积学分析。研究表明：(1)辫状河三角洲沉积演化过程中,三角洲的规模、水流分散样式、沉积体表面地貌特征及沉积物分布样式存在阶段性差异,可据此将实验辫状河三角洲的演化分为3个阶段。(2)在最初阶段,辫状河携带沉积物直接入“湖”堆积并形成朵状河口坝,入“湖”水流无明显的水道化特征,随着朵状河口坝逐渐堆积露出水面,三角洲平原初步形成,平原上河道开始分流并导致后续河口坝转变为连续的弧形坝分布于先期沉积体周缘,这一阶段三角洲平均半径快速增加;进入第二阶段后,三角洲平均半径增速减缓,供给河道进入三角洲平原后形成1～2条主干分流河道与多条次级分流河道,并在主干河道河口区形成弧形的前缘朵体;到第三阶段,三角洲平原面积已经较大,其平均半径增速进一步降低,平原上分流河道的分叉性更强、宽度更小,不同分流河道规模...     

青藏高原土壤湿度-气候相互影响研究进展

土壤湿度作为一个具有“记忆性”的重要气候变量,可以通过改变地表的能量和水分交换,进而影响局地乃至全球的大气环流,因此受到全球气候观测系统计划的重视。近年来青藏高原土壤湿度观测网（站）建设发展迅速,为局地陆气相互作用研究提供了可靠的数据支撑。本文从不同的土壤湿度资料在青藏高原的适用性、高原土壤湿度的时空变化特征及其对气候的影响综述了近年来的国内外研究进展。由于土壤湿度在时空上的高度变异性,现有相关研究大多使用再分析资料、陆面数据同化资料和卫星遥感数据来补充观测资料进行青藏高原土壤湿度与气候的相互影响研究。但模式选择、算法和实验方案的不同,导致青藏高原土壤湿度的补充资料适用性不同,使得前人对高原土壤湿度如何影响中国及全球气候得出不同结论,故相关问题需要进一步讨论,并提出了后期青藏高原土壤湿度研究需要解决的关键问题。     

基于观测数据的全球大气冻融指数变化研究

冻融指数是气候变化的一个重要敏感指示器,被广泛应用于冻土变化研究中。研究全球范围内冻融指数的空间分布特征与时间变化趋势,可为全球冻土环境评估、工程建设以及应对气候变化提供依据。本文基于1973—2021年覆盖全球陆地且超过14 000个站点的逐日气温观测数据,计算大气冻融指数并分析其时空变化特征,探讨其与地理因子的关系。研究结果表明：近49年全球平均冻结指数为610.8℃·d,最大值为19 653.3℃·d,北半球(667.9℃·d)大于南半球(152.4℃·d);全球平均融化指数为4 709.6℃·d,最大值为11 217.0℃·d,北半球(4 444.5℃·d)小于南半球(6 927.3℃·d)。空间上,近赤道等低纬地区的站点冻结指数基本为0℃·d,融化指数为0℃·d的站点仅出现在南极洲和格陵兰岛。冻融指数受纬度和海拔的双重影响,且具有明显的气候带分布特征。全球站点的冻结指数以平均6.4℃·d·a^-1的速率下降,而融化指数以平均14.0℃·d·a^-1的速率呈上升趋势;但在21世纪初冻融指数变化均趋于平缓。在1973—2021年间,全球范围...     

基于土地利用变化的河西内陆河流域碳排放时空特征北大核心CSCD

土地利用变化是引起碳排放增加的重要原因之一。探索区域土地利用变化引起的碳排放量和碳排放效率问题,对于把握各土地利用类型的碳排放特征、制定土地利用减排策略具有重要意义。本研究以集中国生态系统重要性与脆弱性于一体的典型区域的河西内陆河流域为研究区,利用1985—2020年的土地利用现状遥感数据,通过土地利用动态变化模型、排放系数法深入分析了河西内陆河流域的土地利用变化及其引起的碳排放量和碳排放效率的时空变化特征。结果显示:(1)1985—2020年绿洲规模呈持续扩张趋势,与1985年相比,2020年的绿洲面积相对增加了13.17%;建设用地以单向转入为主,其余土地利用类型之间的双向转变频繁。(2)各土地利用类型的净碳排放量总体呈增加趋势,2020年净碳排放量(113.17×104t)相对1985年(48.57×104t)增加了1.33倍,净碳排放量与绿洲面积显著正相关,耕地和建设用地扩张引起的碳排放量是净碳排放量增加的主要原因。碳排放弹性系数整体呈增加趋势,由1990年的-1.83增至2020年的205.91。(3)1985—2020年的耕地和建设用地碳排放强度、绿洲碳排放强度均呈增加趋势,分别由1985年的32.17 t·km-2和5.09 t·km-2增至2020年的60.74 t·km-2和10.48 t·km-2,但绿洲碳排放强度增加速率小于耕地和建设用地,同期的绿洲碳吸收强度普遍呈递减趋势。(4)工业城市嘉峪关市、金昌市的多年平均绿洲碳排放强度最大,以灌溉农业为主的行政单元相对较低,以畜牧业为主的祁连县最低。本研究通过定量分析河西内陆河流域土地利用的碳排放量及其变化,有助于宏观把握河西内陆河流域土地利用的碳排放特征,对于寻找解决土地利用的减排方案、加强土地管理和推动土地利用的低碳发展模式提供了科学认识基础和决策参考。